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數學公式

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結果

新沸點
101.024
°C
沸點上升幅度(ΔTb) 1.024 °C

什麼是沸點上升?

沸點上升是一種依數性質(colligative property):在溶劑中溶入不揮發的溶質後,溶液沸騰所需的溫度會比純溶劑更高。升高的幅度只取決於溶解粒子的數量,與粒子本身是什麼物質無關。這個計算器可以幫你算出沸點上升幅度(\(\Delta T_b\)),以及溶液最終的沸點。

兩鍋加熱的液體,一鍋純溶劑在較低溫度沸騰,另一鍋含溶解顆粒的溶液在較高溫度沸騰
加入溶質顆粒會提高使溶劑沸騰所需的溫度。

計算器使用說明

只要輸入四個數值即可:凡特何夫因子 i(像糖這類非電解質為 1,NaCl 約為 2,CaCl₂ 約為 3)、溶劑的莫耳沸點上升常數 Kb(水為 0.512 °C·kg/mol)、溶液的質量莫耳濃度(每公斤溶劑所含的溶質莫耳數),以及純溶劑的沸點(水為 100 °C)。計算器會回傳 \(\Delta T_b\) 與升高後的新沸點。

公式說明

核心公式為 $$\Delta T_b = \text{i} \cdot \text{K}_b \cdot \text{m}$$ 凡特何夫因子代表離子化合物在溶液中解離成多個粒子的情況;Kb 則因溶劑而異。將三者相乘即可得到溫度上升幅度,再加上純溶劑的沸點,就能算出溶液沸點:$$T_{b} = T_{b}^{\circ} + \Delta T_b$$

相圖顯示純溶劑與溶液的蒸氣壓曲線及偏移後的沸點
溶液的沸騰溫度比純溶劑更高(\(\Delta T_b\) 偏移)。

範例演算

假設將 NaCl 溶於水中,使質量莫耳濃度達到 1 mol/kg。NaCl 會解離成 Na⁺ 與 Cl⁻,因此 i ≈ 2,Kb = 0.512,m = 1。代入公式:$$\Delta T_b = 2 \times 0.512 \times 1 = 1.024 \text{ °C}$$ 新的沸點則為 $$100 + 1.024 = \mathbf{101.024 \text{ °C}}$$

Kb 常數和范德華因子

沸點上升是一種依數性,由以下方程描述:

$$\Delta T_b = i \cdot K_b \cdot m$$

其中 \(i\) 是范德華因子(每個溶質分子式單位溶解的粒子數),\(K_b\) 是溶劑的汽化(沸點上升)常數,單位為 °C·kg/mol,\(m\) 是溶液的莫耳濃度,單位為 mol/kg。溶液的沸點升高就是純溶劑的沸點加上 \(\Delta T_b\)。

常見溶劑的汽化常數 (Kb)

每種溶劑都有一個特有的 \(K_b\) 值,此值只取決於溶劑,與溶質無關。較大的 \(K_b\) 值會產生每單位莫耳濃度更大的沸點升高。

溶劑 Kb (°C·kg/mol) 正常沸點 (°C)
0.512 100
乙醇 1.22 78.4
2.53 80.1
氯仿 3.63 61.2
醋酸 3.07 118

典型的范德華因子 (i)

范德華因子反映溶質溶解時釋放的粒子數量。非電解質如糖不會離解(\(i = 1\)),而離子化合物會解離成多個離子,提高 \(i\)。下面的值是理想(理論)因子;實際測量值通常略低一些,因為存在離子對配位。

溶質 解離 范德華因子 (i)
糖/葡萄糖(非電解質) 不解離 1
氯化鈉 (NaCl) Na⁺ + Cl⁻ 2
氯化鈣 (CaCl₂) Ca²⁺ + 2 Cl⁻ 3
硫酸鉀 (K₂SO₄) 2 K⁺ + SO₄²⁻ 3
氯化鋁 (AlCl₃) Al³⁺ + 3 Cl⁻ 4

作為快速參考,將 1 mol/kg 的 NaCl 溶解於水中會使沸點升高 1.024 °C,得到的溶液沸點約為 101.024 °C。

常見問題

什麼是凡特何夫因子?它代表一個化學式單位在溶液中會產生幾個粒子——分子型溶質為 1,會解離的鹽類則為 2 以上。

Kb 該用什麼數值?請依照你的溶劑選用對應常數:水為 0.512、乙醇為 1.22、苯為 2.53 °C·kg/mol。

溶質的量會有影響嗎?影響只透過質量莫耳濃度與粒子數量體現;除了解離程度之外,化學物質本身的種類並不會改變 \(\Delta T_b\)。

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